Pour aller plus loin

Sur cette page, vous trouverez des compléments d'informations relatives aux sections du site ayant trait aux crises :

Qu'est-ce qu'une crise ?

Les principales crises biologiques



Le temps géologique

Il est difficile pour un esprit humain de cerner ce qu’est le temps en géologie. En effet, l’unité de base en est le million d’année (1 000 000 ans) et les phénomènes observés (formation de chaînes de montagnes, ouvertures océaniques, dépôts sédimentaires) se mesurent plus aisément en dizaines voir en centaines de millions d’années.

Donc, des événements à l’échelle de la vie humaine sont insignifiant comparés aux mécanismes géologiques (de la seconde à la centaine de millions d’années, il nous faudrait assimiler un ordre de grandeur de 1015). A notre échelle, seuls des phénomènes ponctuels et brutaux tels que séismes et éruptions volcaniques sont accessibles.

De la même manière que nous construisons des frises chronologiques pour nous repérer dans l’histoire humaine, la géologie (« histoire de la Terre ») a aussi son échelle chronologique. L’exemple de frise chronologique présenté en figure 11 est consacré à l’ère Mésozoïque (ou ère secondaire, voir également horloge des temps géologiques) avec en vert le Crétacé, en bleu le Jurassique et en violet le Trias. Les couleurs de l'échelle sont une convention internationale utilisé sur les cartes géologiques. Les limites des étages stratigraphiques (les découpages Toarcien, Albien, Campanien (etc) présentés sur la figure sont des étages) varient de plusieurs millions d’années, selon l’avancée des connaissances. L'échelle des temps géologiques n'est donc pas fixée une fois pour toute. Elle relève de la science et est donc en constante évolution (De Wever, 2005).

meso

Figure 11: Evolution de 1937 à nos jours (la référence actuelle est définie en tant que "Geologic Time Scale 2004") de l'échelle des temps géologiques pour le Mézozoïque. Il est intéressant de noter que ce qui est actuellement d'âge Jurassique (vers 200 millions d'années) était défini en 1937 d'âge Trias.

Un exemple de visualisation : l’horloge des temps géologiques.

Puisqu'il est difficile pour l’esprit humain de jongler avec les ordres de grandeurs (notamment ceux du temps géologique), on représente souvent l’histoire de la Terre depuis sa formation à nos jours sous forme d’un tour d'horloge de 12h ou bien encore sous la forme d’une année.

Dans le cas d’une horloge, les événements se succèdent comme suit :

horloge

Figure 12: Représentation des temps géologiques sur une horloge de 12 heures.Le paléozoïque équivaut à l'ère primaire, le mésozoïque à l'ère secondaire et le cénozoïque aux ères tertiaires et quaternaire.

Cliquez sur ce lien pour une chronologie très détaillée (en anglais, © 2004 International Commission on Stratigraphy).


Des chiffres et des crises.

Bien que nous ayons insisté sur les limites de fiabilité du comptage de la biodiversité dans le temps (cf. les biais), les chiffres classiques concernant les pertes en biodiversité pour chacune des crises sont fournis afin de les situer quantitativement. Il convient de rester extrêmement prudent à l’égard de ces chiffres quel que soit le niveau de la classification sur lequel ils portent. Car même au niveau de l’espèce, certains aspects brouillent parfois le message. Voici un exemple parmi d'autres possibles :

Imaginons qu'à partir d’une espèce ancestrale X à un temps t, se développe une descendance modifiée. A t+1, les spécialistes reconnaissent cette descendance modifiée comme une nouvelle espèce Y.
En pratique, bien souvent, on va considérer l’espèce X comme éteinte à t+1. Or, cette « extinction » ne correspond en fait qu’à un changement de nom : X est toujours présent à travers Y, il n'y a pas extinction, il y a modification.

Dans certains cas, on mesure donc plus des changements de nom que des extinctions réelles. Cela veut dire que ce qui est vraiment mesuré risque autant d’être le signe d’un fort taux de renouvellement au sein du monde vivant que d’une forte mortalité ; les deux résultent de toute façon probablement d’un stress environnemental.


Le message troublant des insectes

D'une manière générale, l'étude des insectes, qui sont depuis la fin du Paléozoïque parmi les plus diversifiés des organismes connus, adresse un regard critique face aux différentes crises d'extinction.

Concernant la crise Permien-Trias, le message délivré par les insectes est assez flou. En fait, nos connaissances des relations phylogénétiques au sein des insectes permiens et triasiques ne sont pas très bonnes, et leur classification s'en ressent : de nombreux groupes sont probablement artificiels (opposés à groupes naturels). Prenons l’exemple représenté sur la figure 16 issue des travaux de Labandeira et Sepkoski: sur ce schéma sont notamment représentés 8 ordres d'insectes classiquement considérés comme éteints au cours de la crise Permien-Trias (de nombreux ordres passant la crise ne sont pas figurés). Parmi eux, l'ordre des Protorthoptera (encadré en vert) correspond à un regroupement superficiel de taxons non-apparentés et membres basaux d'autres groupes: Orthoptera (sauterelles, grillons et criquets), Blattaria (blattes). Un groupe "fourre-tout" comme celui des Protorthoptera n'a aucune pertinence et ne peut être considéré sous cette forme dans l'analyse de la biodiversité des insectes fossiles. Il fausse toute interprétation.

En fait, lorsque les relations phylogénétiques de certains groupes d'insectes ont fait l'objet de profondes inverstigations, les spécialistes s'aperçoivent que les pertes en biodiversité à la crise Permien-Trias sont moins importantes qu'initialement évaluées (c'est notamment le cas pour le groupe des libellules).

De plus, il semblerait qu'une lacune de 20 millions d'années dans le registre fossile des insectes pourrait correspondre à la crise Permien-Trias. Si tel est le cas, on ne pourra tirer aucune information sur le comportement des insectes face à cette crise.

insectes

Figure 16: Représentation du nombre de familles au sein de plusieurs ordres d'insectes au cours des temps fossilifères (Pz=Paléozoïque, Mz=Mésozoïque, Cz=Cénozoïque). La largeur de la barre centrale représente le nombre de familles dans chacun des ordres au temps considéré. Modifié d'après Labandeira & Sepkoski (1993) et Labandeira (2005).

Le message des insectes face à la crise Crétacé-Tertaire est un peu moins flou. En fait, pour comptabiliser la diversité des insectes à cette époque, on ne peut travailler au niveau spécifique ni même générique car le registre fossile est trop lacunaire et n'est pas représentatif à un si petit niveau taxonomique. Les spécialistes des insectes fossiles (paléoentomologistes) prennent en considération un niveau plus englobant de la classification traditionnelle, à savoir les familles. Ils n'observent alors que peu de changements parmi les insectes, la très grande majorité se présente sous la même forme avant et après la crise. Peut-être y a-t-il eu des pertes à plus faible niveau taxonomique (de nombreuses espèces ont pu s'éteindre) mais toutes les familles ont encore des représentants après la crise.

L'histoire des insectes ne semble pas vraiment affectée par cette célèbre crise. Le véritable évènement marquant dans leur histoire se situe vraisemblablement un peu plus tôt, au Crétacé supérieur (70 à 80 millions d'année). Cette période marque la forte diversification des plantes à fleur (angiospermes) et leur association avec les insectes pour la pollinisation, ainsi que l'émergence des insectes sociaux (termites, abeilles, fourmis...), deux éléments omniprésents dans la faune d'insectes actuelle (Nel, 2002). La crise Crétacé-Tertiaire ne semble avoir affecté en rien ces innovations datées du Crétacé inférieur.


Finalement, il convient de s'interroger sur la pertinence de parler de crises biologiques globales alors qu'on ne connait aucune hécatombe à ces époques chez le groupe le plus riche depuis la fin du Paléozoïque, à savoir les insectes. Rechercher les causes de crises généralisées sans que l'existence de la crise ne soit avérée chez les groupes les plus diversifiés pourrait revenir à chercher l'auteur d'un crime sans être sûr que crime il y a effectivement eu...

Elaboré à partir d'informations données par André Nel, Muséum national d'Histoire naturelle

Les petites crises ont aussi droit à la parole !

L'exemple des causes évoquées pour la crise du Toarcien (Jurassique inférieur).

Bien qu'elle ne soit pas comptée parmi les 5 crises majeurs, la crise du Toarcien inférieur (-183 millions d'années: Jurassique inférieur) est une crise biologique importante du Mésozoïque, elle a affecté sévèrement les organismes marins de fond (benthiques), mais aussi ceux qui nagent (nectonique).

Cet épisode correspond à une modification majeure des milieux marins de plate-forme carbonatées _ l'équivalent actuel de ces milieux existe aux bahamas, au niveau de mers chaudes et peu profondes _ qui couvraient alors une surface considérable. Les dépots sédimentaires correspondants à cet évènement sont en général anormalement enrichis en matière organique. Ceci a été interprété comme le résultat d'un évènement déficient en oxygène océanique (OAE en anglais pour "Ocean Anoxic Event"), c'est à dire comme la conséquence d'un épisode de déficit, voire même d'absence d'oxygène (anoxie) sur le fond marin.

Cette anoxie, qui aurait pu persister de manière plus ou moins intense pendant plusieurs dizaines de milliers d'années, aurait favorisé la préservation exceptionnelle de matière organique. Il est également suggéré que ce déficit en oxygène des fonds marins ait pu entraîner l'extinction de nombreux groupes qui y vivaient alors.

Par analogie avec les OAE du Crétacé dont l'impact a été mesuré jusque dans les fonds océaniques profonds (forage), il est probable que l'anoxie toarcienne se soit étendue, comme au cours des OAE du Crétacé, à l'océan profond. Nous allons voir en quoi cela peut avoir un impact sur le climat et la biodiversité.

Les causes de l'anoxie

Il est couramment admis que les climats du Jurassique et du Crétacé étaient globalement plus chauds qu'aujourd'hui, avec des températures moyennes à la surface du globe plus élevées d'environ 6°C par rapport à l'actuel.

Ce climat plus chaud n'était probablement pas favorable à une circulation efficace des eaux océaniques (voir figure 20). Cette restriction conduit de ce fait à une oxygénation plus faible des fonds marins de l'époque par rapport à l'Actuel. Une oxygénation plus faible favorise évidemment la conservation de la matière organique.

circu

Figure 20: Circulation océanique actuelle, dite circulation thermohaline. Cette configuration est très efficace pour l'oxygénation globale des océans: Les eaux chaudes et plus douces (en rouge) circulent en surfaces tandis que les eaux froides et salées (en bleu) venant des pôles circulent sur le fond des océans, favorisant l'oxygénation des fonds océaniques. Dans le cas des OAE du Crétacé, cette circulation n'avait pas lieu (voir figure 21).

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Figure 21: Configuration des continents vers -170 millions d'années. On note qu'il n'est pas pertinent d'évoquer une circulation atlantique, ce dernier n'existant pas encore.

Les analyses des différents isotopes du carbone dans les sédiments marins datés du Toarcien indiquent qu'un fort dégazage en méthane a eu lieu durant cet OAE. Or, le méthane, produit par la dégration de la matière organique conservée en milieu anoxique, est connu pour être un puissant gaz à effet de serre (une molécule de méthane absorbe 24 fois plus de rayonnement qu'une molécule de CO2).

Cet apport de gaz à effet de serre, couplé à d'autres phénomènes plus ou moins complexe comme l'acidification progressive des océans, aurait défavorisé la production de carbonate, entrainant des effets en rétroaction positive qui auraient déstabilisé le système, amenant à une extinction de masse.

Selon une autre hypothèse, la source de CO2 pourrait aussi provenir de la mise en place à la même époque de grandes quantités de laves dans les immenses provinces volcaniques au sud de l'Afrique et en Antarctique (trapps du Karoo) alors réunis en un seul continent (voir figure 21).

Les quantités de laves émises seraient en effet de l'ordre de plusieurs millions de km cube, et auraient pu être mis en place en quelques dizaines de milliers d'années seulement. L'effet d'un tel évènement sur le climat du Toarcien aurait probablement été dramatique (voir l'article détaillé sur les causes de la crise Crétacé-Tertiaire pour plus de détail sur les trapps.

Elaboré à partir d'informations données par Guillaume Suan, Université Claude Bernard Lyon I.

Les crocodiles, plus forts que les dinosaures ?

La question choc placée en tête de ce paragraphe évoque le fait que l'abominable (sic) crise K-T ne l’a pas été pour tous les groupes… Elle ne l'a pas été par exemple pour des groupes aux niches écologiques pourtant semblables à celles de certains gros dinosaures ou gros reptiles marins disparus… En effet, les crocodiles terrestres géants (sébécidés) et les crocodiles marins non moins gigantesques (dyrosauridés) ne présentent aucun signe de perturbation au passage de la crise K-T, et se retrouvent de manière très semblable dans les sédiments du début du Tertiaire.

croco

Figure 23: Reconstitution de crocodile dyrosauridé qui a traversé la crise K-T (modifié d'après Jouve et al. (2006)).

Dans le milieu marin, les mosasaures (grands varans marins) et les plésiosaures (énormes reptiles marins, membres des sauroptérygiens), qui sont largement présents dans les mers avant la crise, disparaissent complètement au cours de celle-ci. Cependant, dans le même temps, d’autres gros reptiles marins comme les dyrosauridés (crocodiles) passent la crise sans souci. On observe en divers endroits (Amérique du nord, Europe) la persistance des mêmes espèces de ce groupe avant et après la crise. En d’autres endroits (bassins fermés africains, représentés par les gisements des Oulad Abdoun et Iullemmeden), suite à la crise, les dyrosauridés paraissent même remplacer les mosasaures et plésiosaures, auparavant beaucoup plus abondants que ces crocodiles. C’est ce qui pourrait expliquer aussi la plus vaste distribution de beaucoup de genres de dyrosauridés après la crise, permise par une expansion rendue plus facile par la disparition des supposés concurrents mosasaures et plésiosaures.

Pourquoi donc ces crocodiles marins passeraient-ils la crise sans encombre alors que les mosasaures et plésiosaures, au mode de vie relativement proche, ont totalement succombé ? La réponse est loin d’être évidente. Un début d’élément de réponse réside peut-être dans l’idée émise par Stéphane Jouve, selon laquelle ces crocodiles dyrosauridés, pourraient passer une bonne partie de leur vie juvénile en eau douce, ne joignant définitivement les eaux marines qu’à l’état adulte. Ceci est d’ailleurs le cas pour les crocodiles marins actuels (non directement apparentés aux dyrosauridés fossiles). Peut-être les milieux d'eaux douces auraient-ils été moins affectés par la crise que les milieux marins ? ET peut-être auraient-ils pu jouer un rôle important dans la survie de formes comme les dyrosauridés ?

crocodino

Figure 24: Reconstitution de crocodile sébécidé; modifié d'après S. Jouve (communication personnelle).

Sur terre, on trouve un phénomène en partie analogue au précédent. Au Crétacé, il existe de grands crocodiles terrestres comme les sébécidés d’Amérique du sud. Par leur grande taille, leur appartenance aux reptiles (plus précisément aux archosaures), leurs membres érigés et leur régime alimentaire carnassier, ils présentent de fortes similitudes avec de grands dinosaures théropodes comme le célèbre T-rex, entre autres. Or, aucun des représentants de ce type de dinosaure ne survit à la crise alors que les crocodiles sébécidés ne montrent aucune perturbation au passage de cet évènement. Comment l’expliquer ? Aucune réponse satisfaisante n’a pu être apporté jusqu’ici.

En fait, la diversité globale de l’ensemble des crocodiles entre le Maastrichtien (fin Crétacé) et le Paléocène (début Tertiaire) est stable (et semble même augmenter). Cette crise n’a donc apparemment pas d’impact sur les crocodiles. Les explications faisant intervenir une « variation climatique » ne s’avèrent pas très satisfaisantes pour expliquer ce phénomène : les crocodiles sont des organismes très sensibles aux variations climatiques, donc une « catastrophe » climatique globale aurait nécessairement causé de nombreuses disparitions au sein de ce groupe. Pour l’instant aucune théorie plus qu’une autre n’est cohérente avec la survie des crocodiles, en particulier celle des crocodiles continentaux. Il est toutefois possible que les crocodiles terrestres du Crétacé aient eu une physiologie proche de celle des crocodiles actuels : elle aurait pu leur permettre de traverser une crise de courte durée (métabolisme plus lent et « léthargie » possible à la différence des dinosaures et de leur physiologie active).

Il convient donc de prendre en considération le message délivré par les crocodiles en ce qui concerne la crise Crétacé-Tertiaire. Il était jusqu’ici peu pris en compte, de même que celui de nombreux autres groupes ayant passé la crise sans encombres (comme les radiolaires dans le plancton). Or, c’est peut-être autant l’étude de ces groupes qui "passent" la crise que de ceux qui s’y éteignent qui permettra de formuler de nouvelles hypothèses plus en phase avec les évènements ayant pu avoir lieu à la limite Crétacé-Tertiaire.

Elaboré à partir d'informations données par Stéphane Jouve, Muséum National d’Histoire Naturelle, Paris.

Le dogme et la science: l'affaire Nemesis.

Une catastrophe qui plaît à beaucoup de monde.

Il y a un paradoxe dans la diffusion du message catastrophiste en faveur de la météorite puisque cela a été favorisé à la fois par une volonté d’armement et par une de désarmement… En effet, le président des Etats-Unis de l'époque, Ronald Reagan a argué du danger représenté par une menace extra-terrestre comme celle d’un astéroïde, responsable de la mort des puissants dinosaures (sic), pour justifier sa campagne d’armement (appelée Star Wars, en écho au film qui venait de sortir).

Mais, l’argument météorite tueuse de dinosaures a aussi trouvé ses adeptes chez des partisans d’un désarmement progressif. En effet, ceux-ci comparaient la menace nucléaire, toujours dans les esprits depuis Hiroshima, à la terrible catastrophe ayant bouleversé la vie sur Terre et rayé les dinosaures de la carte (sic.) (Hartenberger 2001.). Selon eux, il fallait donc à tout prix éviter l’accident nucléaire, donc l’armement, pour ne pas vivre la même chose que les dinosaures.

Fort de ce soutien médiatique, en plus de son statut de prix Nobel de physique, W. Alvarez mena une véritable guerre médiatique contre ceux qui remettait en cause sa théorie de l'impact (relaté dans The Nemesis Affair, Raup 1986).

Nemesis est le nom donné à une hypothétique étoile (jumelle de notre Soleil), dont les effets gravitationnels seraient la cause de la projection de météorites « tueuses »(sic) vers la Terre et expliquerait un certaine cyclicité des extinctions de masse (cyclicité remise en question depuis). A l'heure actuelle (2007), l'existence de Nemesis n'a pas encore été démontrée.

Points chauds et tectonique des plaques

La Terre est une « machine thermique ». Elle s’est formée il y a de cela 4,55 milliards d’années (voir le temps en géologie). Sa source de chaleur a trois origines :

La Terre, plus chaude en son centre qu’en sa périphérie se refroidit progressivement. Comme une casserole d’eau chaude, la Terre est constamment animée par des mouvements de convections. Tout cela se fait à l’échelle des temps géologiques, et n'est donc pas perceptible à échelle humaine. Ces mouvements venant des zones chaudes apportent la chaleur en surface. Les zones refroidies, plus denses plongent dans le manteau terrestre. En surface, les déplacements de zones chaudes ascendantes, vers les zones froides descendantes se traduisent par des déplacements horizontaux qui entraînent des morceaux de croûte. La tectonique des plaques est l’expression en surface de cette convection du manteau terrestre (figure 26).

tectonique

Figure 26: reconstitution des déplacements des plaques tectoniques depuis 250 Ma (Besse, IPGP).

La tectonique des plaques n’est pas la seule manière d’évacuer de la chaleur même si elle apparaît la plus efficace. Il existe également en surface des volcans, dit de points chaud. Ce type de volcanisme issue de très grandes profondeurs est indépendant du déplacement des plaques tectoniques. ils apparaissent fixes par rapports aux déplacements des plaques. Ils évacuent leur chaleur issue des profondeurs, un peu à la manière d'un chalumeau, ils chauffent la croûte terrestre provoquant des épanchements volcaniques de grande ampleur lorsqu'ils parviennent à la transpercer localement (figure 27A). Le point chaud de la Réunion est celui qui a donné naissance aux trapps du Deccan (figure 27B).

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Figure 27: A. Vue sur les trapps du Deccan (Inde). Ces plateaux ne sont que les restes altérés par le temps d'empilements de lave de plusieurs kilomètres d'épaisseur. B. Schéma simplifié de la formation des trapps du Deccan et de l'île de la réunion.

La mise en place des points chauds se fait à l'échelle des temps géologiques. Alors qu'en surface, les plaques tectoniques se déplacent à la vitesse moyenne de 2cm/an, il faudrait plusieurs dizaines de millions d'année au panache pour percer la surface. Dans le cas des trapps du Deccan, ceux-ci se sont produit il y a 65 millions d'année, alors que l'Inde se détachait à peine de la plaque Africaine (voir figure 26). Aujourd'hui, le point chaud de la Réunion ne représente qu'un infime reste de l'activité volcanique d'alors (figure 27).

L'importance du volcanisme est essentielle dans l'évolution de la vie. Dans un premier temps, c'est au volcanisme que l'ont doit l'existence de notre atmosphère. Ensuite, il est intéressant de noter qu'a chaque soubresaut de notre planète que sont les trapps correspond une extinction de masse (voir figure 34). Simple coïncidence ?

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Figure 34: Corrélation entre les extinctions de masse et les formations de grandes provinces basaltiques de type trapps (Courtillot et Renne, 2003). En rouge, les extinctions majeures, sauf la plus ancienne (2 points pour la crise de la limite Permien-Trias), en noires les extinctions de masse dites "mineures".


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Auteurs : Guillaume Billet et Benjamin Bonnefoy, dans le cadre du monitorat MNHN 2006-2007
Sous la direction de Patrick De Wever, Professeur, MNHN
Pour l'illustration, nous avons bénéficié du savoir-faire d'Agathe (Evelyne Cambreleng, MNHN)
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